Связующее теплового отверждения для изготовления литейных форм и стержней

Связующее теплового отверждения для изготовления литейных форм и стержней

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советские

Социапистичесиии

Респубпик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свил-ву(22)Заявлено 09,07.80 (21) 2954772/22-02 с присоединением заявки М (23) П р мори тет

Опубликовано 07.03.82. Бюллетень М 9 Дата опубликования описания 09, 03. 82 (5! )h%. Кл.

В 22 С l/20 твеяРрстееииыи хемитет

СССР йо далем иэееретеиий и еткрытр1 (5З) УЙК 62l.742..4(088.8) )"»

Е (72) Авторы изобретения.Н. Евстифеев, В.Н. Смирнов и Ю.Л. Пер возкин

) (71) Заявитель Ростовский-на-Дону научно-исследовательский нститут технологии машиностроения.(;4) СВЯЗУЮЦЕЕ ТЕПЛОВОГО ОТВЕРЖДЕНИЯ

ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ

И,СТЕРЖНЕЙ

Изобретение относится к литейному, производству, в частности, к связующим материалам на основе лигносульфонатов, применяемым для изготовления литейных форм и стержней, отверждаемых тепловой обработкои как в сушиS лах, так .и в иагреваемой оснастке.

Известно связующее для литейных стержней и форм, содержащее иатериал на основе лигносульфонатов и активатор отверждения в виде технической мочевины f lg . Однако достигаемая при этом степень упрочнения стержней и форм относительно невелика и выявляется при тепловой обработке не менее 40 мин, что исключает воз" иожность применения данного связующего в составах смесей, отверждаемых в нагреваемой оснастке.

Известна также активация лигносульфонатного связующего- аииноспиртами, например триэтаноламином f2). В этом случае достигаются весьма высокие прочности стержней и форм в тече);

) I ) ние сокращенной по длительности тепловой сушки (4-5 мин), что позволяет использовать это связующее в составах сиесей в процессах изготовления стержней по горячей оснастке. Однако повышенный расход связующего (7 вес.Ф) приводит к необходимости повышенных усилий для ее уплотнения в оснастке, ухудшению пескодувной текучести и возрастанию газотворной способности смеси. Кроме того, эта смесь склонна к пережогу в процессе тепловой сушки, т.е. легко разупрочняется при выходе за узкие рамки обусловленного теплового режима.

Согласно другому техническоиу решению лигносульфонатное связующее активируют жидкии полиэтилениминои (3).

Однако при этои требуется предварительная обработка связующего щелочью,что усложняет технологический процесс и ухудшает санитарно-гигиенические условия труда. Кроме того, для достижения высоких прочностей требуется

3 910 лпи f(.льная тепловая к.ушка {до 1 ч), что ик:кпючает в(>з>4к»К><К>Сть Применения этого связующего в составах смесей, отверждаемых в нагреваемой оснастк(*..

Из приведенного выше -тнализа спгдует, что жепательн 3 такая активация лигносульфонатного свяэуу)щего, которая позволила бы испопьзова(ь его в составах смесей, отяержда(тмых как способами контактной сушки (в нагреваемой оснастке не более > мин), так и способами конвективной сушки (при тепловой обработке в сушилах в течение 10-60 мин).

В известной степ(.)4и этому требова-, wt0 отвечает связующее, содержащее материал на основе лигносульфонатов и солянокислый гидроксиламин с>>1 °

Смесь на основе этого связующего обеспечивает достаточные прочностные показатели как при сокраценной тепловой обработке (5 мин), так и при тепловой обработке, характерной для конвективной сушки в сушилах, Однако анализ технологических свойств данной смеси показывает, что он;) обладает повышенной прочностью в сыром состоянии {0,104-0,175 кг/см ) на сжа1 тие, что свидетельствует о ее затрудненной пескодувной текучести. Таким образом, эта смесь лишь с большими ограничениями может быть использована в процессе изготовления стержней в нагреваемой оснастке.

10 и

43 вана, например, суп ьфи тно-дрожжевая бражка (СДБ), относяц)аяся к полидисперсным анионакти вным полуколлоид>(ь>м системам. В растворах бражки существуют в равновесии ионы, н(>дис сс>цииро55 ванные молекулы и мицеплы различных форм, связанные друг с другом в рыхлые структурные агрегаты, (3 n(f<)ft) которых находитcR нс ха)(<лик с< и э» ° <4))Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является связующее теплового отверждения для изготовления литейных форм и стержней, содержащее материал на основе лигно" сульб>онатов и активирующую добавку в виде мочевины и трансформаторного масла при следующем соотношении ингредиентов, вес,л)::

Материал на основе лигносульфонатов 55-65

Техническая мочевина 10-12

Трансформаторное масло 25-33 t5j.

Сочетание ССБ с технической мочевиной и трансформаторным маслом повышает

\ прочность стержневой смеси по-сырому до О, 15-0, 25 кгсlем . Это проиходит благодаря увеличению размеров мицелл сульфитной барды (явление солюбипизации), бла<одае<4 чему облегчается образование .т<)ат)<х структур, что приЯ<))1и T У Яо 4(.)< T,tt(Lще « > )4 рт . 3)«)м)< уу удшРi Г)Р< у()л уp)4()tt т f3 t(>« tt< < т и (; и< < è ° Пс)(. >)fag t t<3 ?? ??(>сзк ти ч< ("

t(t4 И< КПЮЧЯ(.Т ИС t<)ftbÇ< >(33>(it tl 3(3(. .(Tt)Î>t (:ìålки для иэгот<э(3ления с Г< р<>Г<неЙ пО н а г р е в.те мой о с н <3с т ке .

Отсутствие механической прочно< ти у стержней-восьмерок, огвержденных при 250 C за 30-60 мин, ставит под (> сомнение и<,пользование известного связующего и для машинного изготовления стержней с последующим тепловым отверждением в конвейернь<х замкнутых сушипах, цикл сушки в которых составляет 0,75-2 ч. Это подтверждается и тем, что стандартные образцы высушенные эа 60 мин, имеют очень бк>лысую осыпаемость.

Кроме того, известное связующее обладает очень большой гаэотворностью что ухудшает санитарно- гигиенические условия труда на стержневом участке.

Высокая сырая прочность смесей со связующим ССБ ()(очевина - трансформаторное масло) позволяет испольэовать его лишь для ручной формовки стержней с применением камерных сушил периодического действия.

Целью изобретения является снижение склонности форм и стержней к пережогу о процессе тепловой обработки, уменьшение прочности в сыром состоянии (что позволит использовать данное связующее в составах смесей, отверждаемых в нагреваемой оснастке) и снижение осыпаемости Форм и стержней. Для достижения поставленной цели связующее теплового отверждения для изготовления литейных форм и стержней, включающее материал на основе лигносульфонатов и активирующую добавку, содержит в качестве активирующей добавки формамид при следующем соотношении ингредиентов, вес.<:

Материал на основе лигносульфонатов 85-95

Формамид 5-15

В качестве материала, содержащего лигносульфонаты, может быть использо910<п

Дополнительный пример служит иллюстрацией упомянутой воэможности.

Сравнили свойства смесей идентичных составов: 95 вес.7, кварцевого песка, 5 вес.4 связующего (" 7 по изобрете5 сленная вседа, 1пкая коагуляционная структур» придает СДБ известные реологические свойства: высокую вязкость, некоторую эластичность и небольшую прочность, Все это обусловливает ее низкую связующую способность.

Однако наличие большого числа активных функц,онапьных групп делает

СДБ способной к многочисленным химическим превращениям. Последнее дает возможность активировать бражку, т.е. повысить ее связующие свойства.

В качестве активатора используется формамид, являющийся айдидом карбоновой кислоты. Формамид представляет собой бесцветную, не имеющую запаха, жидкость, растворимую в воде, низших спиртах и гликолях; химическая формула HCONH . формамид повышает сольватацию по- 20 лярных групп лигносульфонатов,.в результате чего ослабляется межмолекулярное взаимодействие между молекула ми СДБ. Структурные сетки разрушаются, иммобилиэованная вода высвобожда- 25 ется, и раствор СДБ разжижается.

Уменьшение вязкости способствует улучшению распределения СДБ на поверхности зерен кварцевого песка и возрастанию связующей спосОбности лигносуль- 30 фонатов. Отверждение смеси со связующим по изобретению происходит в результате полимеризации лигносульфонатного комплекса путем образования макромолекул через функциональные группы формамида.

При содержании формамида в составе связующего ниже 5i прочность стержней на разрыв падает, а при содержании . .его более 15 сушка стержней сущест- 40 венно замедляется.

Активированное связующее приготав" ливают путем перемешивания СДБ и формамида в течение 2-3 мин до получения однородной жидкости. 45

В табл. 1 приведены составы связующих Nf 1-3 по изобретению и Р 4 согласно известному техническому решению (4) .

Свойства связующего по изобретению оптимального состава (1с 2) и известного связующего по прототипу (Й 4) приведены в табл. 2.

Как видно иэ табл. 2, связующее по изобретению обладает существенно более низкой вязкостью и более безопасно я работе в связи с повышенными темпеp ïурэми вспышки и воспламенения.

C. ис пользованит и св э, )цик МЧ 1-4 приготавливали смеси для слэготовленсся литейных форм и стержнс й. Для приготовления смесей испольэовали лабораторные смешивающие бегуны модели

PS 315. 11з смесей приготовляли стандартные образцы для испытаний и отверждали их при 250110с С, Смеси для сравнительных испытаний имели индентичный состав: 95 вес.> кварцевого песка и 5 вес.4 связующего. Продолжительность перемешивания связующего с песком составляла 6 мин. физико-механические свойства стержневых смесей со связующими Ю 1-4 приведены в табл. 3. Данный пример„характерен для использования связующих в составах смесей при машинном изготовлении стержней с возможностью их отверждения как путем конвективной сушки, так и в нагреваемой оснастке.

Как видно из данных табл. 3, смесь по изобретению обладает резко умень"

3 шенными показателями прочности в сыром состоянии, что позволяет получить высокую пескодувную текучесть и создает предпосылки для качественного изготовления стержней в нагреваемой оснастке. Этому же способствует быстрое формирование высокой прочности в сухом состоянии при сокращенной продолжительности сушки с,5 мин). В то же время данная смесь может испольэоватьcR и в процессах конвективной,сушки с временем отверждения 10-60 мин, т.к. при этом уровень прочности хотя и снижается, но остается достаточным, чтобы удовлетворить требованиям литейного производства, а главное, стабильно сохраняется высокая поверхностная прочность, что видно иэ низких показателей осыпаемости при времени сушки как 10, так и 60 мин.

В случае использования связующего по изобретению в процессах конвективной сушки к смесям предъявляется требование повышенной прочности в сыром состоянии. Необходимое повышение прочности в сыром состоянии может быть достигнуто за счет введения в состав смеси огнеупорной глины.

Наименование ингредиI 1 ентов связующего

Содержание ингредиентов, вес. 3, в связующих Nl .

4 (по прототи ny) Сульфитно-дрожжевая бражка

60

Формамид

Трансформаторное масло

Техническая мочевина

Табли ц а 2

Показатель свойств для связующих

Ol

Свойства связующих

2 4 (no прототипу) Однородная подвижная жидкость темно-коричневого цвета

Однородная маслянистая жидкость темно коричневого цвета с голубоватым отливом

Внешний видУсловная вязкость при 20 С по ВЗ = 4, сек l 00

360 о

Ппотность при 20 С, г/с и

7 73g

1,231

7 91030 нию или 7I 4 по прототипу) и 3 вес.Ж формовочной глины (сверх 100т,) .

Продолжи тельност ь перемещи вания кварцевого блеска с глиной 2 мин. Общее время перемевивания смеси 9 мин. физико-механические свойства стержневых смесей с связующим по изобретению оптимального состава, а также ro связующим согласно прототипу приведе" ны в табл. 4. !О

Из данных табл. 3 и 4 следует, что связующее по изобретению отвечает

I принципу универсальности, т.е. может быть использовано в соотавах смесей, отверждаемых контактной сушкой (в на- 7> греваемой оснастке) или конвективной суакой (тепловая обработка в су777илах), В первом случае основным требова ниям служит пониженная прочность сме-. у 8 ( си в сыром состоянии. Кйк .вили() из данных табл. 3, связующее по изобретению удовлетворяет этому требованию.

Кроме того, связующее по.изобретеwe обеспечивает снижение склонности стержней и форм к пережогу в процессе тепловой обработки (обеспечивает

)достаточную прочность в интервале

17родолжительности тепловой обработки (5"60 мин) и позволяет существенно снизить осыпаемость стержней и форм.

Связующее по изобретению для изготовления стержней, отверждаемых тепловой суикой или в нагреваемой оснастке, может быть применено при производстве оирокой номенклатуры чугунных, стальных и цветных отливок.

Табл и ц а

910307

Свойства связующих

Показатель свойств для связующих

ВГ:

4 (no прототипу)

160

Температура вспышки, С

125

185

145

° ю

° «е»

Таблица 3

Показатели свойств дпя смесей

- со связующими N :

Свойства смесей

4 (no прототипу) ю ее ю

0,043 0,033 0,035 0, 15-0,25

16,0

17Ф2

11,4

7,4

8,0

6,2

60 мин

5,0

0,02 0,80

0,02 более 15

0,04

0,08

10 мин

60 мин

О., 04

0,03

Газопроницаемость в сыром состоянии,ед. 350

390 370

Ги гроскопичност ь в сухом состоянии, Ф. 0,26

0,39 0,26

0,30

Температура воспла" менения, С

Прочность на сжатие в сыром состоянии, кгс/см1.

Прочность на растяжение в сухом состоянии, кгс/си, при температуре сушки

250> 10 С в течение:

5 мин

10 мин

30 мин

Осыпаемость, 3, в сухом состоянии при температуре сушки

250+10 C в течение:

Продолжение табл. 2

6е5 6ю5

10,6 4,0

7,8 нет прочности

8;4 .нет прочности

910307

Таблица 4

Показатели свойств для смесей с связующими К И .

Свойства смесей

4 (no прототипу) П.100

О, 190

15,4 10,2

3,0

10 мин

30 мин

5 5 нет прочности нет прочности

5,0

60 мин

Осыпаемость,, в сухом состоянии при те«пературе сушки 250 1ООС в течение:

10 мин

2,36

0,32

60 мин

0,81

10,48

Газопроницаемость в сыром состоянии,. ед. 415

440

Ги грос копи чност ь в сухом состоянии

0 34

0,42

Формула изобретения а основе ьфонатов 85-95 5. Авторское свидетельс.тво СССР

5- 15 s И 4ЖЕЦ, кл. В 22 С 1/20. 1973.

НИИПИ Заказ 966/9 Тираж 853 Подписное е еюеф тем е тЕ ° е °

Филиал ППЧ "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Прочность на сжатие в сыром состоянии, KI c/см

Прочность на растяжение в сухом состоянии, кгс/см, при те«пературе сушки 250ИО С в течение:

5 мин

Связующее теплового. отверждения для- изготовления литейных форм и стержней, включающее материал на основе лигносульфонатов и активатор теплового отверждения, о т л и ч вю щ е е с я тем, что, с целью снижения склонности Форм и стержней к пережогу в процессе тепловой обработки, уменьшения прочности в сыром состоянии N снижения их осыпаемости, оно содержит в качестве активатора тепло-+ вого отверждения формамид при следующем соотношении ингредиентов, вес.Ф:

11атериал н лигносул формамид

В т

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. "Литейное производство", 1975, и .1, с. 4-6.

2 Авторское свидетельство СССР яо заявке 1." 2579328/22-02, кл. В 22 С 1/20, 1978.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке 11 2895095/22-02, кл. 6 22 С 1/20, 14.01.80.

4. Авторское свидетельство СССР

ПО ВаяаКе 1I 2975268/22-02, кл. 8 22 С !/20, 16.06.80.